Устройство для контроля качества материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N29/04 

1

Изобретение относится к устройствам для неразруша1эщего контроля качества материалов ультразвуковьом методом .

Известно устройство для контроля качества материалов, содержащее генератор импульсов, преобразователь, селектор импульсов, блок сравнения и регистратор fll.

Недостатком его является низкая точность контроля.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля качества материалов, содержеицее последовательно соединенные первый генератор ультразвуковой частоты, первый смеситель, усилитель мощности, излучающий преобразователь , приемный преобразователь и предварительный усилитель, первый канал измерения, состоящий из последовательно соединенных усилителя с автоматической регулировкой усиления, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя, детектора, фильтра и фазового детектора, последоват-ельно соединенные генератор измерительной частоты, блок умножения и первый фазовращатель , выход которого соединен с входом фазового детектора, и регистратор Г2.

Недостатком его является низкая

5 точность контроля.

Целью изобретения является повышение точности контроля.Поставленная цепь достигается тем, что устройство снабжено вторым

to аналогичным кангшом измерения, состоящим из последовательно соединенных усилителя с автоматической регулировкой усиления, вход которой подключен ко втopo Iy выходу предвари 5 тельного усилителя, детектора, фильтра и фазового детектора, дифференциальным усилителем, два входа которого соединены с выходами фазовых детекторов обоих каналов, а выход 20 с входом регистратора, вторым фазовращателем, включенным между блоком умножения.и вторым входом фазового детектора второго канала измерений, вторым генератором ультразвуковой

25 частоты и вторым смесителем, два

входа которого подключены к выходам генератора измерительной частоты и второго генератора ультразвуковой частоты, а выход - к входу первого

30 смесителя.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные первый генератор 1 ультразвуковой частоты, первый смеситель 2, усилитель 3 мощности, излучакхций преобразователь 4, приемный преобразователь 5 и предварительный усилитель и, первый канал 7 измерения, состоящий из последовательно соединенных усилителя 8 с автоматической регулировкой усиления, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя, детектора 9, фильтра 10 и фазового детектора 11, последовательно соединенные генерато 12 измерительной частоты, блок 13 умножения и первый фазовращатель 14, выход которого соединен с входом фазового детектора.

Кроме того, устройство содержит второй канал 15 измерения, состоящий из последовательно соединенных усилителя 16 с автоматической регулировко усиления, вход которого подключен ко второму выходу предварительного усилителя, детектора 17, фильтра 18 и фазового детектора 19. С выходами фазовых детекторов 11 и 19 соединен дифференциальный усилитель 20, выход которого подключен к входу регистратора 21.

Между блоком 13 умножения и вторы входом фазового детектора 19 второго канала 15 включен второй фазовращатель 22.

Входы второго смесителя 23 подключены к выходам генератора 12 измерительной частоты и второго генератора 24 ультразвуковой частоты, а выход - к входу первого смесителя 2.

Кроме того, устройство содержит блок 25 выделения сигнала,- включенный в первом канале 7 между усилителем 8 и детектором 9, а также блок 26 выделения сигнала, включенный во втором канале 15 ме)аду усилителем 16 и детектором 17.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 ультразвуковой частоты вырабатывает непрерывное синусоидальное напряжение с заданной частотой и) , которое поступает на один из входов смесителя 2. На другой вхо смесителя 2 поступает выходное напряжение с выхода смесителя 23, на один из входов которого подан сигнал с выхода генератора 24 ультразвуковой частоты U),2 , а на другой вход сигнал с выхода генератора 12 измерительной частоты . Устройство работоспособно при условии что Ы и Шг, много больше Р-. В результате на выходе смесителя 23 появляется сложное колебание, спектр которого содержит только две частотных составляющих, а именно с частотами tOg,

U),) и U)g , с начальными фазами

% 7 и а .

При распространении в материале зоны контроля фазы составляющих сигнала получают приращения ДФ , Д.Чь , . ДФ- и величины которых зависят от крутизны фазочастотной характеристики на частотах (Ш . WQ.) и (UJ,-U)ij), если частота Р. достаточно мала.

, Сигнал, прошедший зону контроля,

с помощью приемного преобразователя 5 преобразуется в подобный ему по форме электрический сигнал, который с помощью усилителя 6 усиливается и распределяется на два канала 7 и

S 15 измерения.

Первый канал 7 работает следующим образом.

Выходной сигнал усилителя 6 с помощью усилителя 8 с автоматической

0 регулировкой усиления (ДРУ) усиливается до величины, необходимой для нормального функционирования следующих узлов канала. При этом в приемиоусилительный тракт проходят только

5 сигналы с частотами и W Ыев силу избирательных свойств усилителя 8. В результате на вход детектора 9 поступает сигнал x(t) в виде суммы двух синусоидальных колебаний:

:i

x(t) As,in(W5b )-Asm(u)t,tip)

набег фазы колебания с

частотой Wi, , полученный при распространении волны в электромеханическом тракте.

Ф-х --t-A-C-j-l (2)

ь- 1 (j I/ I

где - набег фазы колебания в приемно-усилительном тракте и в слоях контактной смазки ;

А - амплитуда сигнала; ,7 - номер спектральной составляющей .

5 Детектор 9 выполняет преобразование спектра колебания на выходе которого появляется сигнал: . (VjJ

p(t) -0,()-OOS(oL-jb)-co%cy.

где

d.-2() и .-b-Sg - j

Сигнал содержит постоянную, высокочастотные и одну низкочастотную .A.c,oS(b Ac.o&(iRt.)

компоненты, которые могут быть разделены с помощью фильтрации. Постоянн я составляющая А используется для

регулировки коэффициента усиления усилителя 8 с АРУ. Для этого с выхода детектора 9 сигнал подается на вход блока 25 выделения сигнала. На выходе усилителя 8 подцерживается постоянное значение А амплитуды выходного сигнала, что способствует повышению точности измерений. Кроме того, выходной сигнал-детектора 9 поступает на вход фильтра 10, настроенного на частоту 2 Я- . В результате на первый вход фазового детектора 11 поступает только низкочастотная компонента J iA-coap) . На второй вход фазового детектора 11 через фазовращатель 14 поступает выходной сигнал с блока 13 умножения. В результате на выходе фазового детектора 11 появляется сигнал, амплитуда которого пропорциональна разности фаз напряжений выходных сигналов фильтра 10 и блока 13 умножения

с)

у аСФ7- 5- 8(),

где а -.постоянный коэффициент, или учитывая формулу (2):

V а (5 ЛФ ,j- )

Поскольку ф , f , Ч yi являются постоянными для конкретного устройства, то с помощью фазовращателя 14 значение срц может быть установлено равным: р - о л-Ф -Ф - ф . Б 7 7

тогда

()алФ (б)

т. е. выходное напряжение фазового детектора 11 окажется пропорциональным разности фаз колебаний с частотами и)7 и bJg , преобретенной в процессе распространения волн в зоне обследования.

Второй приемно-преобразовательный канал, состоящий из усилителя 16 с АРУ, детектора 17, фильтра 18, фазового детектора 19 и блока 26 выделения сигнала АРУ, работает аналогично первому каналу. Отличие состоит в том, что усилитель 16 с АРУ второго канала пропускает и усиливает сигналы в диапазоне частот:

в результате вычитания напряжения, поступающего с выхода второго кансша, из напряжения, поступающего с выхода первого канала, осуществляемого дифференциальным усилителем 20, на вход регистратора 21 поступает напряжение, пропорционгшьное разности крутизны фазочастотной характеристики материала зоны прозвучивания в области высоких и низких частот, характеризующее степень нелинейности фазочастотной характеристики материала.

Поскольку прозвучивание вони контроля в области высоких и низких частот, а также вычисление разности значений крутизны фазочастотной характеристики среды устройство выполняет автоматически без изменения параметров узлов в процессе измерений, повышается оперативность и точность результатов контроля качества материалов.

10

Формула изобретения

Устройство для контроля качества материалов, содержащее последовательно соединенные первый генератор ультразвуковой частоты, первый смеситель, усилитель мощности, излучающий преобразователь, приемный преобразователь и предварительный усилитель, первый канал измерения, состоящий из последовательно соединенных усилителя с автоматической регулировкой усиления, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя,

детектора, фильтра и фазового детектора, последовательно соединенные генератор измерительной частоты, блок умножения и первый фазовращатель, выход которого соединен с входом фазового детектора, и регистраторj, о тличaющeecя тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено вторым аналогичным каналом измерения, состоящим из последовательно соединенных усилителя с автоматической регулировкой усиления, вход которого подключен ко второму выходу предварительного усилителя, детектора, фильтра и фазового детектора, дифференциальным усилителем,

два входа которых соединены с выходами фазовых детекторов обоих каналов, а выход - с входом регистратора, вторым фазовращателем, включенным между блоком умножения и вторым

входом фазового детектора второго канала измерений, вторым генератором ультразвуковой частоты, и вторым смесителем, два входа которого подключены к выходам генератора измерительной частоты и второго генератора ультразвуковой частоты, а выход - к входу первого смесителя. ,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 200296, кл. G 01 N 29/04, 1964,

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2547101/28,

кл. G 01 N 29/04, 1977 (прототип).

i

.-.;. , Fiti -- rv.

785756